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Autobauer gehen auf 48-V- Mild-Hybrid-Systeme über

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Downsizing des Motors ver­bessert das Fahrverhalten

Die Autobauer stellen eine weitere signifikante Verbesserung fest, ohne dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinträchtigt wird, wenn sie den Verbrennungsmotor verkleinern und einen 48-V-Turbolader hinzufügen, der für eine zusätzliche Leistungsverstärkung und damit bessere Beschleunigung sorgt. Auch Standardfahrzeuge mit 12-V-Turboladern verbessern mit einem Downsizing des Motors die Effizienz, doch das mit einem mechanisch angetriebenen System und dem Fehlen von verfügbarem Schub bei geringer Motordrehzahl verbundene Turboloch führt zu einem alles andere als zufriedenstellenden Fahrerlebnis.

Der Einsatz eines 48-V-Turboladers gewährleistet einen nahezu sofortigen Schub bei jeder Motordrehzahl und unterbindet so die negativen Auswirkungen auf das Fahrverhalten. Und aus der Gewichtsreduzierung, wenn 12-V-Systeme in 48 V umgewandelt werden, ergeben sich weitere Vorteile. Im Allgemeinen kann der Kabelbaum zur Energieversorgung eine 4-fache Reduzierung des zur Versorgung derselben Leistung erforderlichen Stroms erzielen, und Motoren, die mit 48 V laufen, sind beträchtlich leichter als die mit 12 V.

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Es gibt zwar geringfügige negative Auswirkungen infolge des zusätzlichen Gewichts der neuen 48-V-Systeme (wenn sie kein bereits vorhandenes 12-V-Gerät ersetzen), jedoch vermindern diese die insgesamt erzielten Verbesserungen in keiner Weise.

Während das 48-V-System den Kohlenstoffdioxid-Ausstoß senkt und die Kraftstoffeffizienz verbessert, bauen die Automobilhersteller zudem darauf, dass die Endverbraucher den Wert des durch dieses System gebotenen verbesserten Fahrverhaltens schätzen. Audi hat nachgewiesen, dass beim Einsatz eines elektrischen 48-V-Kompressors die Beschleunigung gesteigert werden kann. Der elektrische Kompressor dreht sich mit bis zu 70.000 min-1 in 250 ms und bietet auf diese Weise selbst bei niedriger Motordrehzahl nahezu unmittelbar einen Drehmomentschub.

Mit einem 48-V-Startergenerator startet der Motor in kürzerer Zeit und mit weniger Vibration als mit einem herkömmlichen 12-V-Anlasser. Ein Start-/Stopp-System, das 48 V verwendet, wirkt außerdem der Auffassung entgegen, dass diese Systeme verunsichern und es dem Fahrer nicht erlauben, in Sekundenbruchteilen die notwendigen Entscheidungen zu treffen, beispielsweise beim Einfädeln in einen Hochgeschwindigkeits-Verkehrsfluss.

Bidirektionaler DC/DC-Controller ermöglicht 12-V-/48-V-Systeme

Das einzige zusätzlich erforderliche Bauelement für ein 12-V-/48-V-Stromversorgungssystem ist ein bidirektionaler DC/DC-Wandler mit verhältnismäßig hoher Leistung, bis zu 3,5 kW (wie in Bild 4 dargestellt), der als Brückenglied zwischen den 48-V- und den 12-V-Systemen dient. In der Vergangenheit wurden DC/DC-Wandler für den Betrieb in lediglich einer Richtung entwickelt, und sie waren auf einige wenige Hundert Watt oder weniger begrenzt, was eine Herausforderung war. Zum Glück wurde der neue Controller von Intersil so entwickelt, dass er eine bidirektionale Umwandlung zwischen den12- und 48-V-Bordnetzen bietet und zur Leistungsversorgung von unter 1 kW bis zu über 3,5 kW skalierbar ist.

Der ISL78226 ist ein bidirektionaler synchroner 6-Phasen-12-V-/48-V-PWM-Controller, der entwickelt wurde, um die mit der Implementierung einer bidirektionalen Hochleistungsbrücke zwischen den 12-V- und den 48-V-Versorgungssystemen verbundenen Probleme zu lösen. Zur Unterstützung dieser neuen Anforderung mussten die Automotive-Tier-1s anfänglich ein System aus vorhandenen Bausteinen bauen, die für andere Anwendungen vorgesehen waren. Eine Möglichkeit war der Einsatz eines DSPs zur Implementierung von digitalen Leistungsalgorithmen, die zur Ansteuerung einer Mehrphasen-Halbbrücken-Leistungswandlerstufe Verwendung finden konnten.

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